验证化学反应中的一些可逆反应
上海市大同中学高二（4）班 陈楷文 指导教师 陈伟
【关键词】中学化学 建模 可逆反应 【论文摘要】
可逆反应是组成化学大家庭的重要成员之一，也是人类在社会生产生活中经常应用的性质之一。它有利有弊，要对它进行最大程度的利用，就要对它有一个深入的了解。本课题表示通过2 NO2(g)N 2O 4(g)+57kJ及Br 2+H2O HBr+HBrO，这两个可逆反应，建立了三组实验模型，对其反应的可逆性直观验证，以加深对于可逆反应的了解。
【实验背景】
我们知道，同一条件下，既可以向正反应方向进行又可以向逆反应方向进行的反应叫做可逆反应。有的反应常温常压下同时进行正、逆反应，如二氧化碳溶解于水的反应；有的反应在适当条件下才能同时进行正、逆反应应，如水在密闭容器中，温度为20000℃左右时的分解反应。几乎所有的反应在适宜条件下都可能是可逆反应，例如：
2SO 2+O2
2SO 3 N2+3H2
2NH 3
了解有关可逆反应的知识可以更好地说明化学反应的可逆性在生活和生产中的一些影响及应用。 【实验目的】
通过建立化学实验模型，得以直观地验证化学可逆反应的进行。
【实验过程】 实验方案一 一、实验原理 化学反应：2 N02(g)
N 2O 4(g)。
常温下它为可逆反应，N02为红棕色气体，易压缩为无色液体, 低
温下易聚合成N 2O 4。N 2O 4为无色气体，在413 K 以上时，N 2O 4全部转化为NO 2，低于264 K则为N 204 晶体。在常温下制得的NO 2 为NO 2和N 204的混合物，改变反应体系的压强可以改变混合气体中气体N02和N 204的量，通过观察气体颜色变化来说明反应进行的情况。 二、实验用品
仪器：注射器50 mL、试管、导管、滴管。 药品：铜丝、浓硝酸。 三、实验步骤 1.制备NO 2
取一支洁净的试管，加入少量的浓硝酸，将一段铜线卷曲后投入试管中，迅速塞上配有导管的胶塞，待产生的红棕色气体充满整支试管时，用已排尽空气的注射器吸取约20 mL NO2 气体，将细管端用橡胶塞封闭。
2.改变压强使注射器的活塞位于20 mL处(Ⅰ) ，然后将注射器的活塞外拉至40 mL 处（Ⅱ处) ，反复地将活塞从Ⅱ处推至Ⅰ处及从Ⅰ拉至Ⅱ处时，观察管内气体颜色的变化。 四、实验现象及说明
反应初始时，注射器的活塞处于Ⅰ处，注射器内气体为红棕色，从Ⅰ 处拉至Ⅱ处时，颜色先变浅，然后逐渐变深。变浅是由于容器体积增大，密度变小了，NO 2的浓度也减小。随后筒内气体颜色又逐渐变深，是由于容器体积增大，反应向左向气体体积增大的方向，也就是生成NO 2即逆反应的方向进行，使NO 2浓度又逐渐增大。
从Ⅱ处推至Ⅰ处时，注射器内气体颜色先变深，然后逐渐变浅，这是因为，缩小混合气体体积时，气体密度突然增大。气体颜色变浅，是由于容器体积变小，反应向气体体积减小的方向，也就是生成N 2O 4，即逆反应的方向进行，使N02浓度又逐渐减小。
实验方案二 一、实验原理
化学反应：2NO 2
N 2O 4+57kJ
正应是放热反应，逆反应是吸热乏应。在其他条件不变的情况下，温度升高会使化学反应向着吸热反应即逆反应的方向移动，温度降低会使化学反应向着放热反应即正反应的方向移动。N02常温下为红棕色气体，N 204为无色气体，通过观察气体颜色变化来判断反应进行的情況。 二、实验用品
仪器：圆底烧瓶、试管、导管、滴管、大烧杯。 药品：铜丝、浓硫酸、冰水、热水 三、实验步骤
1、制备NO 2
取一支洁净的试管，加入少量的浓硫酸，将一段铜线卷曲后投入试管中，迅速塞上配有导管的胶塞，待产生的红棕色气体充满整支试管时，塞上带玻璃导管的胶塞，用向上排空气法，往两个圆底烧瓶中收集NO 2气体。
2、改变温度
装有NO 2和N 2O 4混合气体的圆底烧瓶分别浸入冰水和热水之中，观察现象。 四、实验象与说明
浸入冰水的烧瓶里的气体混合物颜色变浅，说明NO 2浓度减小，N 2O 4
浓度增加，原平衡状态被破坏，反应向生成N 2O 4的方向即正反应的方向进行。浸入热水的烧瓶里的气体混合物颜色变深，说明NO 2浓度增大，N 2O 4浓度减小，同时破坏了原平衡状态，反应向生成NO 2的方向即逆反应的方向进行（如图所示）：
装有NO 2和N 2O 4混合气体的圆底烧瓶分别浸入冰水（右）和热水（左）中
实验方案三 一、 实验原理
在溴水中存在以下可逆反应:
Br 2+H2O
HBr+HBrO
Br 2在水溶液中为棕红色，HBr 和HBrO 在水溶液都为无色，可以通过观察溶液颜色化来说明反应进行的情况。 二、实验用品
仪器：试管、滴管、烧杯。
药品：稀溴水、蒸馏水、溴化钾、稀硫酸。 三、 实验步骤
在A 、B 、C 三支试管中各加入约5ml 稀溴水，并在其中的B 试管中加入蒸馏水，在C 试管中加入等体积的HBr 水溶液（HBr 水溶液可以用溴化钾和稀硫酸的混合液来代替）。仔细观察，对比A 、B 、C 三支试管溶液的颜色。 四、 实验象与说明
B 试管中溶液的颜色变浅，C 试管中颜色的颜色变深（但不明显）。三试管中溶液的颜色由浅到深依次为B 、A 、C 。
B 试管加入蒸馏水，增大反应物质的量，使反应：
Br 2+H2O
HBr+HBrO
向正反应进行，溴的浓度降低，故溶液颜色变浅，而往C 试管中加入溴化钾和稀硫酸的混合液，相当于加入了HBr 溶液，溶液中HBr 的量大，使反应：
Br 2+H2O
HBr+HBrO
向逆反应进行，溴的浓度增大，故溶液颜色变深。
【总结与评价】
本实验的三个实验方案皆是中学化学中较易实现的。通过比较，我们发现方案三的实验效果不是特别明显，其他两个方案均有明显的实验现象，有利于让我们直观地体会可逆反应的普遍性，以及在生活和科学研究中反应的控制的意义。
【参考文献】
[1]宋天佑，程鹏，王杏乔，徐家宁. 《无机化学（第二版）上册》 北京：高等教育出版社，2009年9月第二版。
[2]严宣申，王长富. 《普通无机化学》 北京：高等教育出版社，1999
验证化学反应中的一些可逆反应
上海市大同中学高二（4）班 陈楷文 指导教师 陈伟
【关键词】中学化学 建模 可逆反应 【论文摘要】
可逆反应是组成化学大家庭的重要成员之一，也是人类在社会生产生活中经常应用的性质之一。它有利有弊，要对它进行最大程度的利用，就要对它有一个深入的了解。本课题表示通过2 NO2(g)N 2O 4(g)+57kJ及Br 2+H2O HBr+HBrO，这两个可逆反应，建立了三组实验模型，对其反应的可逆性直观验证，以加深对于可逆反应的了解。
【实验背景】
我们知道，同一条件下，既可以向正反应方向进行又可以向逆反应方向进行的反应叫做可逆反应。有的反应常温常压下同时进行正、逆反应，如二氧化碳溶解于水的反应；有的反应在适当条件下才能同时进行正、逆反应应，如水在密闭容器中，温度为20000℃左右时的分解反应。几乎所有的反应在适宜条件下都可能是可逆反应，例如：
2SO 2+O2
2SO 3 N2+3H2
2NH 3
了解有关可逆反应的知识可以更好地说明化学反应的可逆性在生活和生产中的一些影响及应用。 【实验目的】
通过建立化学实验模型，得以直观地验证化学可逆反应的进行。
【实验过程】 实验方案一 一、实验原理 化学反应：2 N02(g)
N 2O 4(g)。
常温下它为可逆反应，N02为红棕色气体，易压缩为无色液体, 低
温下易聚合成N 2O 4。N 2O 4为无色气体，在413 K 以上时，N 2O 4全部转化为NO 2，低于264 K则为N 204 晶体。在常温下制得的NO 2 为NO 2和N 204的混合物，改变反应体系的压强可以改变混合气体中气体N02和N 204的量，通过观察气体颜色变化来说明反应进行的情况。 二、实验用品
仪器：注射器50 mL、试管、导管、滴管。 药品：铜丝、浓硝酸。 三、实验步骤 1.制备NO 2
取一支洁净的试管，加入少量的浓硝酸，将一段铜线卷曲后投入试管中，迅速塞上配有导管的胶塞，待产生的红棕色气体充满整支试管时，用已排尽空气的注射器吸取约20 mL NO2 气体，将细管端用橡胶塞封闭。
2.改变压强使注射器的活塞位于20 mL处(Ⅰ) ，然后将注射器的活塞外拉至40 mL 处（Ⅱ处) ，反复地将活塞从Ⅱ处推至Ⅰ处及从Ⅰ拉至Ⅱ处时，观察管内气体颜色的变化。 四、实验现象及说明
反应初始时，注射器的活塞处于Ⅰ处，注射器内气体为红棕色，从Ⅰ 处拉至Ⅱ处时，颜色先变浅，然后逐渐变深。变浅是由于容器体积增大，密度变小了，NO 2的浓度也减小。随后筒内气体颜色又逐渐变深，是由于容器体积增大，反应向左向气体体积增大的方向，也就是生成NO 2即逆反应的方向进行，使NO 2浓度又逐渐增大。
从Ⅱ处推至Ⅰ处时，注射器内气体颜色先变深，然后逐渐变浅，这是因为，缩小混合气体体积时，气体密度突然增大。气体颜色变浅，是由于容器体积变小，反应向气体体积减小的方向，也就是生成N 2O 4，即逆反应的方向进行，使N02浓度又逐渐减小。
实验方案二 一、实验原理
化学反应：2NO 2
N 2O 4+57kJ
正应是放热反应，逆反应是吸热乏应。在其他条件不变的情况下，温度升高会使化学反应向着吸热反应即逆反应的方向移动，温度降低会使化学反应向着放热反应即正反应的方向移动。N02常温下为红棕色气体，N 204为无色气体，通过观察气体颜色变化来判断反应进行的情況。 二、实验用品
仪器：圆底烧瓶、试管、导管、滴管、大烧杯。 药品：铜丝、浓硫酸、冰水、热水 三、实验步骤
1、制备NO 2
取一支洁净的试管，加入少量的浓硫酸，将一段铜线卷曲后投入试管中，迅速塞上配有导管的胶塞，待产生的红棕色气体充满整支试管时，塞上带玻璃导管的胶塞，用向上排空气法，往两个圆底烧瓶中收集NO 2气体。
2、改变温度
装有NO 2和N 2O 4混合气体的圆底烧瓶分别浸入冰水和热水之中，观察现象。 四、实验象与说明
浸入冰水的烧瓶里的气体混合物颜色变浅，说明NO 2浓度减小，N 2O 4
浓度增加，原平衡状态被破坏，反应向生成N 2O 4的方向即正反应的方向进行。浸入热水的烧瓶里的气体混合物颜色变深，说明NO 2浓度增大，N 2O 4浓度减小，同时破坏了原平衡状态，反应向生成NO 2的方向即逆反应的方向进行（如图所示）：
装有NO 2和N 2O 4混合气体的圆底烧瓶分别浸入冰水（右）和热水（左）中
实验方案三 一、 实验原理
在溴水中存在以下可逆反应:
Br 2+H2O
HBr+HBrO
Br 2在水溶液中为棕红色，HBr 和HBrO 在水溶液都为无色，可以通过观察溶液颜色化来说明反应进行的情况。 二、实验用品
仪器：试管、滴管、烧杯。
药品：稀溴水、蒸馏水、溴化钾、稀硫酸。 三、 实验步骤
在A 、B 、C 三支试管中各加入约5ml 稀溴水，并在其中的B 试管中加入蒸馏水，在C 试管中加入等体积的HBr 水溶液（HBr 水溶液可以用溴化钾和稀硫酸的混合液来代替）。仔细观察，对比A 、B 、C 三支试管溶液的颜色。 四、 实验象与说明
B 试管中溶液的颜色变浅，C 试管中颜色的颜色变深（但不明显）。三试管中溶液的颜色由浅到深依次为B 、A 、C 。
B 试管加入蒸馏水，增大反应物质的量，使反应：
Br 2+H2O
HBr+HBrO
向正反应进行，溴的浓度降低，故溶液颜色变浅，而往C 试管中加入溴化钾和稀硫酸的混合液，相当于加入了HBr 溶液，溶液中HBr 的量大，使反应：
Br 2+H2O
HBr+HBrO
向逆反应进行，溴的浓度增大，故溶液颜色变深。
【总结与评价】
本实验的三个实验方案皆是中学化学中较易实现的。通过比较，我们发现方案三的实验效果不是特别明显，其他两个方案均有明显的实验现象，有利于让我们直观地体会可逆反应的普遍性，以及在生活和科学研究中反应的控制的意义。
【参考文献】
[1]宋天佑，程鹏，王杏乔，徐家宁. 《无机化学（第二版）上册》 北京：高等教育出版社，2009年9月第二版。
[2]严宣申，王长富. 《普通无机化学》 北京：高等教育出版社，1999